李亞南，韓壯志

(軍械工程學(xué)院 電子與光學(xué)工程系， 石家莊 050003)

?

·電子對抗·

雷達(dá)抗有源壓制式干擾效果的評估指標(biāo)與測試

李亞南，韓壯志

(軍械工程學(xué)院 電子與光學(xué)工程系， 石家莊 050003)

雷達(dá)抗有源壓制式干擾的效果評估是電子靶場試驗中的一個重要方面。作為雷達(dá)抗干擾效果評估的基礎(chǔ)，抗干擾指標(biāo)從根本上決定了評估工作的有效性和可靠性。首先文中，介紹了有源壓制式干擾的作用特點，分析總結(jié)了抗壓制式干擾的指標(biāo)集；然后，通過理論計算與公式推導(dǎo)的方法，驗證了抗壓制式干擾指標(biāo)間存在著等效一致性與可替代性的特點；最后，提出了以“可見度因子”和“自衛(wèi)距離”兩個指標(biāo)來度量雷達(dá)整體抗壓制式干擾效果的評估思路。

有源壓制式干擾；指標(biāo)；抗干擾；自衛(wèi)距離；可見度

0 引 言

隨著雷達(dá)抗干擾技術(shù)的飛速發(fā)展，雷達(dá)抗干擾效果的評估測試已成為雷達(dá)設(shè)計定型、生產(chǎn)驗收和技術(shù)保障的重要依據(jù)，在雷達(dá)對抗作戰(zhàn)中抗干擾措施的選擇和運用發(fā)揮重要的指導(dǎo)作用。雷達(dá)抗干擾效果的評估是一個比較復(fù)雜的問題，至今尚沒有一個統(tǒng)一、全面的衡量標(biāo)準(zhǔn)[1]。

多年來，為了能夠定量表示雷達(dá)抗壓制式干擾效果的大小，雷達(dá)界提出了許多度量指標(biāo)來實現(xiàn)對雷達(dá)抗干擾效果的定量評估。目前，關(guān)于抗壓制式干擾的評估方法和評估指標(biāo)有很多，從不同角度體現(xiàn)了雷達(dá)抗干擾效果從定性到定量評估的轉(zhuǎn)化。但由于評估指標(biāo)類型多而雜，存在著對雷達(dá)某一抗干擾性能的重復(fù)評估，導(dǎo)致測量工程復(fù)雜、工作量大，實現(xiàn)代價高昂，往往難以真實反應(yīng)雷達(dá)抗干擾性能的優(yōu)劣[2]。

針對上述不足，本文結(jié)合雷達(dá)方程，在充分考慮有源壓制式干擾特點的基礎(chǔ)上，對雷達(dá)抗壓制式干擾效果的評估方法和指標(biāo)進(jìn)行了分析研究。通過理論計算的方法，明確了指標(biāo)間存在的函數(shù)映射關(guān)系，通過等效替代和約簡，去除了冗余的指標(biāo)，從而明顯降低了指標(biāo)集的維數(shù)，保留了關(guān)鍵性的指標(biāo)，為電子靶場中的外場抗干擾效果測試與內(nèi)場仿真評估提供了新的思路和研究途徑。

1 有源壓制式干擾分析

壓制式干擾是有源干擾中的一種干擾方式，干擾的預(yù)期目的則是采用噪聲或類似噪聲的干擾信號，壓制雷達(dá)對有用信號的接收，使雷達(dá)接收機輸入端的信干比降低，掩蓋雷達(dá)對回波的觀察，妨礙或阻止雷達(dá)檢測目標(biāo)。

在戰(zhàn)場上，進(jìn)攻方實施滲透攻擊往往能夠得到己方干擾機的遠(yuǎn)距離支援和隨隊近距離掩護(hù)，同時攻擊機自身也可攜帶干擾吊艙等自主干擾裝備，它們對于地面雷達(dá)的正常工作造成了致命威脅[3]。遠(yuǎn)距離支援式干擾信號從雷達(dá)天線的副瓣方向進(jìn)入雷達(dá)接收機，使雷達(dá)顯示器在進(jìn)攻方飛行路線上出現(xiàn)一定角度的扇形輝亮區(qū)，達(dá)到壓制雷達(dá)、掩護(hù)編隊的飛行目的；攻擊機自身輻射的強干擾信號從雷達(dá)天線的主瓣方向進(jìn)入雷達(dá)接收機，將雷達(dá)接收的回波信號淹沒，使之無法發(fā)揮作用，自己免遭雷達(dá)威脅[4]。

2 雷達(dá)抗壓制式干擾評估指標(biāo)

目前,對于雷達(dá)抗壓制式干擾的評估指標(biāo)數(shù)量較多,文獻(xiàn)[5-8]提出包括自衛(wèi)距離、干擾效率、有效抗干擾扇面、可見度因子、抗干擾品質(zhì)因素等24種指標(biāo)，如圖1所示。該指標(biāo)集合從不同角度體現(xiàn)了雷達(dá)抗干擾效果從定性到定量評估的轉(zhuǎn)化。

圖1 雷達(dá)抗壓制式干擾效果指標(biāo)集

現(xiàn)階段的靶場雷達(dá)裝備試驗仍以外場試驗為主，以發(fā)展內(nèi)場試驗為趨勢。外場試驗主要關(guān)心被試品的戰(zhàn)術(shù)性能指標(biāo)；在內(nèi)場試驗中，使用靈敏度、干信比等技術(shù)指標(biāo)測試更為方便。

抗干擾效果的評估指標(biāo)不僅要求理論上可行，還要具有現(xiàn)實的可操作性。評估所需要的諸參數(shù)要通過測量或其他途徑較為方便地獲得，應(yīng)具備定量、可測、動態(tài)、可比較和非模糊性的特點。通過對圖1所示的指標(biāo)集物理意義的分析，可以發(fā)現(xiàn)無論是在內(nèi)場技術(shù)測試還是外場戰(zhàn)術(shù)試驗中，都存在著實用性和可測性方面的問題。具體分析如以下4點：

1) 雷達(dá)性能參數(shù)中的雷達(dá)暴露區(qū)、干擾效率、有效截獲時間和雷達(dá)綜合抗干擾能力度量公式這四個指標(biāo)在具體評估試驗上的可操作性較差[9]，難以實際測量，一般用于理論上對抗干擾效果的度量與分析。

2) 指標(biāo)集中的極化增益、受干擾可用度和可見度損失指標(biāo)的含義模糊，定義不明確，難以準(zhǔn)確反映雷達(dá)的抗干擾效果。

3) 抗干擾改善因子和抗飽和因子，作為衡量雷達(dá)系統(tǒng)固有組成部分，采用抗干擾技術(shù)后，抗干擾效果改善程度的指標(biāo)，不需要也無法進(jìn)行獨立測量。

4) 靈敏度作為接收機技術(shù)指標(biāo)，屬于已知性能參數(shù)；發(fā)現(xiàn)概率作為雷達(dá)系統(tǒng)的基本參數(shù)，是雷達(dá)探測識別目標(biāo)的先驗條件。因此，無需對這兩個指標(biāo)進(jìn)行單獨測量。

綜上分析可知，雷達(dá)抗干擾效果的評估測試工作需要選擇具有全面性和可測性的評價指標(biāo)[10]。

2.1 雷達(dá)抗壓制式干擾技術(shù)指標(biāo)

2.1.1 可見度因子

可見度因子也可稱為識別系數(shù)，用來表示干擾背景下，當(dāng)虛警概率和發(fā)現(xiàn)概率一定時，檢波器輸入端所需的最小回波脈沖功率S2和干擾功率J2之比，如圖2所示。即是按照N-P準(zhǔn)則對雷達(dá)檢測能力的描述

(1)

圖2 雷達(dá)接收機簡化模型

雷達(dá)的可見度因子可以較全面地反映出雷達(dá)的抗干擾能力和雷達(dá)基本參數(shù)、采取的抗干擾措施以及敵方干擾環(huán)境等各種參數(shù)之間的定量關(guān)系。顯然，作為雷達(dá)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)，雷達(dá)可見度因子越小，雷達(dá)的抗壓制式干擾效果越好。

2.1.2 壓制系數(shù)

壓制系數(shù)的定義是：干擾對雷達(dá)進(jìn)行有效壓制時，在雷達(dá)接收機輸入端所需的干擾信號和目標(biāo)回波信號的最小功率之比。以Ka表示壓制系數(shù)，則有

(2)

當(dāng)噪聲干擾的功率J遠(yuǎn)大于信號功率S時，接收機線性部分的輸入端和輸出端的信號干擾比便基本相同。因此，當(dāng)高斯噪聲干擾時可以得到壓制系數(shù)和可見度因子之間的關(guān)系式，并可寫為

(3)

式中：A為壓制系數(shù)和可見度因子由于所取發(fā)現(xiàn)概率不同而引進(jìn)的常數(shù)，A的取值可參考文獻(xiàn)[11]。根據(jù)壓制系數(shù)和可見度因子之間的關(guān)系，可以利用雷達(dá)對可見度因子的大量研究成果來定性定量地對壓制系數(shù)進(jìn)行估算。

2.1.3 抗干擾品質(zhì)因素

抗干擾品質(zhì)因素QECCM的定義是：雷達(dá)在干擾環(huán)境中對典型目標(biāo)在雷達(dá)所要求的作用距離處，接收機輸出端的實際回波信號與干擾信號功率之比

(4)

在給定的干擾環(huán)境下，雷達(dá)虛警概率和發(fā)現(xiàn)概率一定時，當(dāng)目標(biāo)位于雷達(dá)的最大作用距離(燒穿距離)處，此時QECCM的最小值即為可見度因子[12]。

2.2 雷達(dá)抗壓制式干擾戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)

外場評估和鑒定時把雷達(dá)作為實體裝備，而不是單項技術(shù)的試驗，而且評估和鑒定時關(guān)心的是其戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)，以整體裝備的戰(zhàn)術(shù)性能的變化為主，用該實體完成作戰(zhàn)使命的能力作為度量標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.1 自衛(wèi)距離

對于雷達(dá)來說，隨著回波信號的增強，透過濃密的干擾背景而發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的距離就是雷達(dá)自衛(wèi)距離，也稱為燒穿距離。自衛(wèi)距離適用于壓制干擾下表征雷達(dá)的威力范圍。根據(jù)空間位置關(guān)系的不同，雷達(dá)自衛(wèi)距離又可以分為支援式干擾雷達(dá)自衛(wèi)距離和自衛(wèi)式干擾雷達(dá)自衛(wèi)距離。

在干擾條件下，根據(jù)雷達(dá)的工作過程，雷達(dá)能夠探測到目標(biāo)，需要滿足條件S/J≥FSCV。

結(jié)合雷達(dá)方程和干擾方程可得支援式干擾下的自衛(wèi)距離

(5)

當(dāng)目標(biāo)自身攜帶干擾設(shè)備時，R=RJ，Gt=Gt(θ)帶入式(5)可得自衛(wèi)式干擾下的自衛(wèi)距離

(6)

結(jié)合雷達(dá)天線方向圖，對比式(5)和式(6)可以得到支援式干擾和自衛(wèi)式干擾兩種干擾情況下自衛(wèi)距離之間的關(guān)系為

(7)

2.2.2 相對自衛(wèi)距離

相對自衛(wèi)距離指受干擾雷達(dá)的自衛(wèi)距離RSJ與雷達(dá)最大作用距離Rmax的比值，可用來衡量雷達(dá)的抗壓制式干擾能力，其表達(dá)式為

(8)

將式(7)代入式(8)，可以求得在支援式干擾和自衛(wèi)式干擾情況下雷達(dá)的相對自衛(wèi)距離為

(9)

(10)

相對自衛(wèi)距離可認(rèn)為是有源干擾造成雷達(dá)最大作用距離下降的程度，與自衛(wèi)距離有著明顯的函數(shù)關(guān)系。在雷達(dá)基本效果參數(shù)已知的前提下，雷達(dá)的相對自衛(wèi)距離可由自衛(wèi)距離求得。

2.2.3 有效抗干擾扇面

雷達(dá)有效抗干擾扇面是指在外界施放干擾時，在雷達(dá)探測距離處雷達(dá)終端顯示器所能顯示目標(biāo)的角度范圍，形成過程如圖3所示。以遠(yuǎn)程支援式干擾為例，雷達(dá)顯示器能夠發(fā)現(xiàn)運動目標(biāo)，則接收機輸入端的信干比應(yīng)滿足

S/J≥FSCV

圖3 干擾扇面的形成

采用經(jīng)驗公式，即Gt(θ)/Gt=k(θ0.5/θ)2，k=0.04-0.10，可求θ角，抗干擾有效扇面的大小可以通過干擾機和雷達(dá)的空間關(guān)系求得

(11)

顯然，在其他參數(shù)確定的前提下，K的取值為定值，抗干擾有效扇面的大小與雷達(dá)自衛(wèi)距離有明確的函數(shù)關(guān)系。因此，確定雷達(dá)自衛(wèi)距離的一個臨界值，就能求出相應(yīng)的抗干擾有效扇面。

2.2.4 測量精度

測量精度是雷達(dá)的主要性能指標(biāo)之一，通過其變化來衡量干擾效果是最為直接的，測量的誤差越小，測量精度越高，表明干擾效果越好。

干擾條件下目標(biāo)距離測量誤差

(12)

干擾條件下目標(biāo)角度測量誤差

(13)

式中：β為信號有效帶寬；S為接收機輸出的信號功率；N為常數(shù)，取0.74或0.638。

雷達(dá)測距、測角的誤差，主要取決于通過測距、測角跟蹤回路帶寬內(nèi)的干擾(噪聲)誤差，與對檢測信干比(S/J)D的要求有關(guān)。因此，自衛(wèi)距離和精度之間的關(guān)系，可有雷達(dá)威力方程和精度方程，通過對(S/J)D的要求聯(lián)系起來

(15)

2.2.5 相對測量精度

相對測量精度是以干擾前后的測量誤差增大倍數(shù)來衡量抗干擾效果

(16)

雷達(dá)的測量精度下降系數(shù)，即相對測量精度，結(jié)合自衛(wèi)距離與精度之間關(guān)系，可證明與相對自衛(wèi)距離是等價的。

3 電子靶場指標(biāo)選取

通過對以上指標(biāo)的分析，在抗壓制式干擾效果評估上，指標(biāo)之間是能夠等效替代的，它們的相關(guān)性可通過函數(shù)映射關(guān)系表示：技術(shù)指標(biāo)中的可見度因子和壓制系數(shù)成反比例關(guān)系；在雷達(dá)和干擾機效果參數(shù)、測試位置環(huán)境確定的情況下，戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)中的相對自衛(wèi)距離、有效抗干擾扇面都可由支援式干擾下的自衛(wèi)距離Rsoj來計算得到；自衛(wèi)距離作為戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)，是用來描述雷達(dá)抗壓制式干擾效果的度量，通用性較好，可作為外場試驗的測試指標(biāo)；可見度因子作為技術(shù)參數(shù)，能夠較為全面的度量雷達(dá)抗壓制式干擾效果，是內(nèi)場測試的重要指標(biāo)。對于雷達(dá)的抗壓制式干擾效果的評估工作，可以通過測量可見度因子和支援式干擾自衛(wèi)距離，直接而全面地反映雷達(dá)的抗壓制式干擾效果。

同時，式(5)說明了可見度與自衛(wèi)距離之間的關(guān)系，這說明了戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)和技術(shù)指標(biāo)測量、評估的一致性，不同的試驗條件應(yīng)使用不同的方法來測量不同的指標(biāo)。在靶場電子對抗試驗中，不僅可以從戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)的角度來評估對抗效果，也完全可以從技術(shù)指標(biāo)的角度來衡量。

4 結(jié)束語

有源壓制式干擾是雷達(dá)面臨的主要威脅之一，因此客觀準(zhǔn)確地評估雷達(dá)的抗壓制式干擾效果，對于雷達(dá)設(shè)計定型、生產(chǎn)驗收和技術(shù)保障均具有重大指導(dǎo)作用。本文在深入了解雷達(dá)干擾與抗干擾效果定量評估理論研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合電子靶場的實際情況，通過推導(dǎo)分析指標(biāo)之間的映射關(guān)系，研究并制定出用戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)指標(biāo)分別定量評估雷達(dá)抗干擾效果的方法，并將二者有機地統(tǒng)一起來，提出了使用雷達(dá)自衛(wèi)距離和可見度因子兩個指標(biāo)來表征雷達(dá)抗壓制式干擾效果的方案，進(jìn)一步提高了雷達(dá)作戰(zhàn)效果認(rèn)識的準(zhǔn)確度，這對靶場的雷達(dá)對抗試驗有著很強的實際意義。

[1] 陳相麟，陳 軍，蔣譜成,等. 雷達(dá)試驗[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，2004.ChenXianglin,ChenJun,JiangPucheng,etal.Radartest[M].Beijing:PublishingHouseofElectronicsIndustry, 2004.

[2] 張永順，童寧寧，趙國慶. 雷達(dá)電子戰(zhàn)原理[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，2006.ZhangYongshun,TongNingning,ZhaoGuoqing.Theprincipleofradarelectronicwarfare[M].Beijing:NationalDefenseIndustryPress, 2006.

[3] 萬 福, 王曉敏, 劉曉然,等. 航母編隊多艦協(xié)同遮蓋性干擾效能分析[J]. 現(xiàn)代雷達(dá). 2015 , 37(1): 13-15.WanFu,WangXiaomin,LiuXiaoran,etal.Efficiencyanalysisoftheblanketjammingbasedonmulti-shipcollaborationinaircraftcarrierformation[J].ModernRadar, 2015, 37(1): 13-15.

[4] 張 偉. 火控雷達(dá)距離跟蹤系統(tǒng)的干擾技術(shù)研究[D]. 太原：中北大學(xué), 2008.ZhangWei.Analysisofthejammingtechnologyagainstrangetrackingsysteminfirecontrolradar[D].Taiyuan:ZhongbeiUniversity, 2008.

[5] 王雪松. 現(xiàn)代雷達(dá)電子戰(zhàn)系統(tǒng)建模與仿真[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，2008.WangXuesong.Modelingandsimulationofmodernradarandelectronicwarfaresystem[M].Beijing:PublishingHouseofElectronicsIndustry, 2008.

[6] 汪連棟, 胡明明, 高 磊, 等. 電子信息系統(tǒng)復(fù)雜電磁環(huán)境效應(yīng)研究初探[J]. 航天電子對抗, 2013, 29(5): 23-25.WangLiandong,HuMingming,GaoLei,etal.Preliminaryresearchofcomplexelectromagneticenvironmenteffectsonelectronicsandinformationsystem[J].AerospaceElectronicWarfare, 2013, 29(5): 23-25.

[7]BartonDK,LeonovSA.Radartechnologyencyclopedia[M].Boston:ArtechHouse,1988.

[8] 孟晉麗, 傅有光, 陳 翼,等. 雷達(dá)抗干擾效能體系與評估方法研究[J]. 現(xiàn)代雷達(dá), 2014, 36(11): 80-84.MengJinli,FuYouguang,ChenYi,etal.Indexsystemandevaluationofradaranti-jammingeffectiveness[J].ModernRadar, 2014 , 36(11): 80-84.

[9] 沈同云，丁建江，任明秋,等. 雷達(dá)抗干擾效果評估指標(biāo)體系構(gòu)建與約簡[J]. 現(xiàn)代雷達(dá), 2013 , 35(11): 88-91.ShenTongyun,DingJianjiang,RenMingqiu,etal.Constructionandreductionofradaranti-jammingcapabilityevaluationindex[J].ModernRadar, 2013, 35(11): 88-91.

[10] 潘 超. 雷達(dá)抗干擾效能評估準(zhǔn)則與方法研究[D]. 成都: 電子科技大學(xué), 2006.PanChao.Rulesandmethodsofradaranti-jammingeffectivenessevaluation[D].Chengdu:UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina, 2006.

[11] 林象平. 電子對抗原理[M]. 北京：國防工業(yè)出版社, 1982.LinXiangping.Theprincipleofelectronicscience[M].Beijing:NationalDefenseIndustryPress,1982.

[12] 朱國良. 制導(dǎo)雷達(dá)抗干擾度量標(biāo)準(zhǔn)的探討[J]. 航天電子對抗, 1986, 24(2): 44-49.ZhuGuoliang.Investigationontheguidanceradarjammingmetrics[J].AerospaceElectronicWarfare, 1986, 24(2): 44-49.

李亞南 男，1988年生，碩士研究生。研究方向為雷達(dá)抗干擾評估。

韓壯志 男，1972年生，副教授，碩士生導(dǎo)師。研究方向為雷達(dá)信號處理與抗干擾評估。

Test on Radar Index of Anti-jamming ability against Active Blanket Interference

LI Yanan，HAN Zhuangzhi

(Department of Electronics and Optics Engineering, Ordnance Engineering College, Shijiazhuang 050003, China)

The evaluation of radar anti-jamming effectiveness against active blanket inference is an important aspect of the comprehensive combat performance. As a basis on evaluation of radar anti-jamming, indexes determine the validity and reliability of assessment methods. First the characteristics of the active blanket interference are introduced and the indexes set of anti-jamming performance is analyzed. Second, theoretical calculation and formulas are given to verify that equivalence and substitutability exist in the anti-interference indexes. Finally,a test method of radar anti-jamming evaluation which uses “self-defense distance” and “visibility factor” two indicators to measure the radar anti-jamming performance is advanced.

active blanket interference; evaluation indexes; anti-jamming; self-defense distance; visibility factor

10.16592/ j.cnki.1004-7859.2015.09.018

李亞南 Email：lynang@126.com

2015-04-26

2015-07-18

TN974

A

1004-7859(2015)09-0075-05